机械臂用气动吸取装置设计计算说明书

1、机械工程学院机械臂用气动吸取装置 设计说明书设 计 题 目： 机械臂用气动吸取装置 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机械电子 姓 名： 邵谣夏 杨宇奥 指 导 教 师： 完 成 日 期： 2016年 月 日 同济大学- 6 - 机械设计课程设计目录一设计任务书- 1 -1.设计目的：- 1 -2.设计内容和要求- 1 -二方案的分析论证- 3 -三真空吸盘的动力学分析- 3 -四真空吸盘的设计计算及选取- 3 -五真空发生器的选取- 4 -1.真空发生器简介：- 4 -2.真空发生器的计算和选择：- 4 -六电磁换向阀的选取- 6 -七气源的选取- 6 -八电源的选取- 6 -九-

2、 6 -一 设计任务书1. 设计目的：为助残智能机器人的机械臂设计一可靠而能顺利实现抓取功能的气动吸取装置。2. 设计内容和要求（1）、总体布置图（略去气源电池等）（2）、工作情况：不稳定变载荷。（3）、原始数据最大负载mmax（kg）自由度数安全系数满电持续工作时间（min）满电待机时间（h）主控制板0.862.5105NI-MyRIO（4）、设计内容：1) 真空吸盘的动力学分析；2) 真空吸盘的计算和选取；3) 真空发生器的选取；4) 电磁换向阀的选取；5) 气泵的选取；6) 电源的选取；（5）、设计任务：1) 设计计算说明书一份；2) 采购清单一份；3) 零部件模型文件一份。二 方案的分

3、析论证 本方案旨在为同济大学LabView俱乐部“语音控制助残机器人”项目设计一用于机械臂的气动抓取装置。该方案的优点是：容错率高；对被抓取物品的尺寸大小没有严格的要求；控制系统较简单；不易损伤被抓取物。与之对应，该方案的缺点也很明显：要求被抓取物品表面较平整；难以抓取例如衣物等具有较多气孔的目标对象；待机能耗较大；有较为明显的噪声，等等。三 真空吸盘的动力学分析在物件抓取过程中，吸盘可以很方便地实现诸物体的吸持、脱开、传递等搬运功能 ,并确保不损坏其作用之对象。而吸持力靠真空系统维持 ,真空的产生可以是由电动机、真空泵以及各种真空器件所组成的真空系统来提供，也可以由压缩空气通过真空发生器所产

4、生的二次真空来提供。前者需要配置独力的真空系统 ,而后者可以利用一般生产过程中已有的空气压缩系统。因此 ,特别在各种包装作业过程中,利用二次真空方法显得十分方便、经济。真空发生器的原理是 压空气通过收缩的喷腾后 ,从喷嘴喷射出的高速气流卷吸周围的静止流体和它一起向前流动 ,从而在接受室形成负压 ,诱导二次真空。这样的真空系统,尤其对于不需要大流量真空的工况条件更显出它的优越性。真空发生器的结构及参数设计 ,可以根据需的真空度设计出所需的真空发生器。用真空吸盘来抓取物体 ,可以根据物体的不同形状实现任意角度的传递。本次设计方案拟采用诱导二次真空的真空系统。四 真空吸盘的设计计算及选取吸盘直径其中

5、：W：吸附力（N）； n：吸盘数量； t：安全系数； p：真空度（kpa）由设计要求，吸附力W=mmax*g=0.8*9.8=7.84N 吸盘数量n=1 安全系数t=2.5 吸盘直径、面积、垂直提升力参数表吸盘垂直提升力（N）吸盘直径D(mm) 1013162025324050吸持面积（cm²）0.7851.332.013.144.918.0412.619.6吸盘垂直提升力（N）（-0.04MPa）3.145.328.0412.5619.6432.1650.478.4试取真空度p=40kPa则圆整后取吸盘直径五 真空发生器的选取1. 真空发生器简介：真空发生器用于产生真空，结构简单，

6、体积小，无可动机械部件，安装和使用都很方便，因此应用很广泛，真空发生器产生的真空度可达到 88kpa，真空发生器的工作原理如图3.2所示。它是由先收缩后扩张的拉瓦尔喷管1、负压腔2、和接收管3等组成。真空发生器的耗气量是指供给拉伐尔喷管的流量，它不但由喷嘴的直径决定，还与供气压力有关。同意喷嘴直径，其耗气量随供气压力的增加而增加，如图3.3所示。喷嘴直径是选择真空发生器的主要依据。喷起直径越大，抽吸流量和耗气量就越大，真空度越低；喷嘴直径越小，抽吸流量和耗气量越小，真空度越高。2. 真空发生器的计算和选择： 吸着相应时间 T 是指从供给阀动作后到吸盘内的真空度达到吸着所必须的真空度的时间称为吸着相应时间。设Pv表示最终真空度，吸盘内的压力从大气压降至真空度达 63%Pv 的到达时间为 T 1 ， 降至真空度达 95%Pv 的到达时间为 T 2 。试取L=0.5m，D=3mm其中，V：真空发生器到吸盘的容积（L）； D:配管内径（mm）； L:从真空发生器到吸盘的配管长度（m）； Q：通过真空发生器的平均吸入流量Q1和通过配管的平均吸入流量Q2中的较小者（L/min）； QL:工件吸着时的漏气量。取P/Pv=0.7，由上图查得T=1.2T1。根据抓取目标物体的速度要求T<1s可得T1